發(fā)布時間：2020-07-27 16:06

【摘要】：2016年1月25日4時15分,山東省肥城市白莊煤礦-430m水平東翼8105軌道順槽里段發(fā)生底板特大奧灰突水事故。白莊礦位屬華北石炭二疊系煤田,華北煤田產(chǎn)煤量占據(jù)了我國煤炭三分之一的總產(chǎn)量;但是,華北石炭二疊系煤田因其獨(dú)特的巖溶水文地質(zhì)條件,受深部奧陶系灰?guī)r高承壓水的危害顯著,并且有著日趨嚴(yán)重的形勢。深入開展奧灰突水事故機(jī)理研究與防治實踐,以降低突水事故發(fā)生的頻率或者杜絕突水事故的發(fā)生,避免給生產(chǎn)生活造成無法估量的經(jīng)濟(jì)損失和不利的社會影響。論文采用理論分析、數(shù)值模擬和工程實踐應(yīng)用等研究方法,以闡釋白莊礦8105工作面特大底板突水事故機(jī)理為主旨,并工程實踐了底板奧灰水害防治的關(guān)鍵技術(shù),取得以下主要成果:(1)在礦井和工作面地質(zhì)、水文地質(zhì)條件分析基礎(chǔ)上,初步分析8105工作面突水事故特點:8105工作面為疊加開采工作面,其上覆7101工作面已開采完成,8105工作面的突水點正好位于7101工作面停采線的正下方;突水時間距離上覆7101工作面停采時間為14天,礦壓作用表現(xiàn)為突水的滯后性。(2)根據(jù)塑性滑移理論,對采煤工作面進(jìn)行分區(qū),將工作面劃分為Ⅰ采前應(yīng)力集中區(qū)、Ⅱ采中零位張裂區(qū)、Ⅲ采后膨脹卸壓區(qū)、Ⅳ采空應(yīng)力壓縮穩(wěn)定區(qū)等四個區(qū)域。然后依據(jù)底板零位破壞理論,對煤層采動影響造成的底板破壞深度進(jìn)行計算,得出底板的最大破壞深度為15.2m。運(yùn)用Ts臨界突水系數(shù)進(jìn)行假設(shè),在理論上運(yùn)用反證法證明了突水時煤層底板的隔水層具有不完整性,存在隱伏構(gòu)造破碎帶,使得底板的有效隔水層厚度小于實際厚度。由此,從理論上確定該次突水事故的原因為采動礦壓作用下的底板隱伏構(gòu)造奧灰突水。(3)通過RFPA~(2D)-Seepage數(shù)值模擬軟件模擬了白莊煤礦工作面的推進(jìn)過程中底板突水的演化過程。根據(jù)白莊井田地層綜合柱狀示意圖的地層分布建立了數(shù)值模型,根據(jù)模擬結(jié)果分析了工作面底板的裂隙演變特征、采動應(yīng)力分布規(guī)律和滲流特征,深入的研究了白莊煤礦8105工作面軌道順槽里段的滯后突水機(jī)理。在煤層不斷地回采過程中,工作面的底板會在礦壓的影響作用下出現(xiàn)破壞帶,并且破壞深度會逐漸增大。工作面底板與五灰含水層的承壓水之間本身有足夠安全厚度的隔水層,但是在向斜軸的軸部卻存在一個隱伏構(gòu)造破碎帶。礦壓作用打破工作面底板隱伏破碎帶的水壓壓差平衡態(tài),形成五灰含水層和奧灰水含水層的水利聯(lián)系。底板的采動破壞深度和含水層的裂隙導(dǎo)升高度突然間增大,形成了一個聯(lián)通的完整的突水通道。同時煤層底板由向斜軸軸部形成的隱伏斷層構(gòu)造破碎帶經(jīng)過7101工作面正下方的8105軌道順槽里段,從而形成了8105軌道順槽對五灰水進(jìn)行截流,導(dǎo)致8105軌道順槽突水,而7101工作面底板只有少量的滲流現(xiàn)象。(4)總結(jié)了白莊煤礦突水后底板向斜軸破碎帶治理的關(guān)鍵技術(shù),包括采用地面定向“截流巷道”注漿鉆孔精準(zhǔn)施工、引流注漿和反流堵源等。本次治理速度快、效果好,為恢復(fù)礦井安全生產(chǎn)節(jié)省了大量的時間。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD745
【圖文】：

之間形成地壘，白莊井田構(gòu)造情況如圖2-2 所示。圖2-2 白莊井田構(gòu)造綱要示意圖Figure 2-2 Schematic diagram of baizhuang well field structure由圖 2-2 可以看出，白莊井田內(nèi)褶曲主要受大斷裂控制，在較大的斷層附近

采線距 8105 工作面切眼水平距離 320 米），相對區(qū)域 7 煤層西鄰 7103 工作面于2011 年 4 月 26 日回采完畢，8107 工作面于 2013 年 8 月 10 日回采完畢。圖3-1 七煤底板等高線圖Figure 3-1 Seven coal floor contour map

3 8105 工作面軌道順槽里段突水原因理論分析19圖3-2 八煤底板等高線圖Figure 3-2 eight coal floor contour map突水地點位于白莊煤礦-430m 水平東翼一采區(qū) 8105 軌道順槽里段，7101 工作面正下方，突水位置如圖 3-3 所示。根據(jù) 12 個五灰鉆孔數(shù)據(jù)顯示，回采前 8105軌道順槽的單孔水量最大為 30m3/h。7101 工作面五灰最大突水系數(shù) 0.049MPa，奧灰最大突水系數(shù) 0.059MPa，該面于 2015 年 10 月 25 日回采，2016 年 1 月 11日因煤質(zhì)差停采，推采長度 230m。圖3-3 工作面突水點示意圖Figure 3-3 Working face water inrush point diagram本區(qū)域煤巖層整體呈向斜構(gòu)造

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本文編號：2772063